不动点定理研究

前言

不动点理论的研究兴起于20世纪初,荷兰数学家布劳维在1909年创立了不动点理论[1].在此基础上,不动点定理有了进一步的发展,并产生了用迭代法求不动点的迭代思想.美国数学家莱布尼茨在1923年发现了更为深刻的不动点理论,称为莱布尼茨不动点理论[2].1927年,丹麦数学家尼尔森研究不动点个数问题,并提出了尼尔森数的概念[3].

我国数学家江泽涵、姜伯驹、石根华等人则大大推广了可计算尼森数的情形,并得出了莱布尼茨不动点理论的逆定理[4].最后给出结果的就是波兰数学家巴拿赫(Bananch)[6],她于1922年提出的压缩映像(俗称收缩映射)原理发展了迭代思想,并给出了Banach不动点定理[6].这一定理有着及其广泛的应用,像代数方程、微分方程、

许多著名的数学家为不动点理论的证明及应用作出了贡献、例如,荷兰数学家布劳威尔在1910年发表的《关于流形的映射》[2]一文中就证明了经典的不动点定理的一维形式、即,设连续函数()fx()fx把单位闭区间[0,1]映到[0,1][0,1]中,则有0[0,1]x,使00()fxx、波利亚曾经说过:“在问题解决中,如果您不能解答所提的问题,那么就去考虑一个适当的与之相关联的辅助问题”、“不动点”就就是一个有效的可供选择的辅助问题。

作为Brouwer不动点定理从有限维到无穷维空间的推广,1927年Schauder证明了下面不动点定理,我们称其为Sehauder不动点定理I:定理2 设E就是Banach空间,X为E中非空紧凸集,XXf:就是连续自映射,则f在X中必有不动点、 Sehauder不动点定理的另一表述形式就是将映射的条件加强为紧映射(即对任意Xx,xf就是紧的),这时映射的定义域可不必就是紧集,甚至不必就是闭集。

1935年,Tyehonoff进一步将Sehauder不动点定理I推广到局部凸线性拓扑空间,得到了下面的不动点定理,我们称其为Tyehonoff不动点定理(吉洪诺夫不动点定理)。

1950年,Hukuhara将Schauder不动点定理II与Tyehonoff不动点定理结合起来得到面的定理,我们称其为Sehauder--Tychonoff不动点定理:

1941年,kllcIltani把Bmuwer不动点定理推广到集值映射的情形,得到下面的不动点定理,我们称其为Kakutani不动点定理:(克莱尼)

1950年,Botmenblust,Karlin把Sehauder不动点定理I推广到集值映射的情形:

1952年,Fan,Glicksberg分别把Tyehonoff不动点定理推广到集值映射的情形,成为

Kakutani-Fan-Glicksberg不动点定理或K-F—G不动点定理、即

1968年,Browder又证明了另一种形式的关于集值映射的不动点定理,本文称此定理为Fan-Browder不动点定理:

布劳德不动点定理: 由布劳德(Browder,F、E、)提出的带边界条件的集值映射不动点定理、设X就是局部凸拓扑线性空间,C为X中非空紧凸集,F:C→2X具非空闭凸值且上半连续、记δ(C)={x∈C|存在X的有限维线性子空间E,使得x属于C∩E在E中的边界}、若F满

足下述两边界条件之一,则F有不动点:

角谷静夫(1911年8月28日- 2004年8月17日),日本著名数学家。耶鲁大学教授。毕业于东北帝国大学理学部数学科。大阪府出生。1941年发表了不动点定理。角谷的不动点定理将布劳威尔的不动点定理一般化。在经济学与博弈论中,角谷的不动点定理现在被频繁使用。

莱夫谢茨证明,L(f)就是整数,且如L(f)≠0,则f至少有一个不动点.

其后莱夫谢茨对她的不动点定理进行一系列推广,先就是推广到有边界流形(1926),在H.霍普夫(Hopf)推广到n维复形的特殊情形(1928)之后,莱夫谢茨又在1930年推广到具有有限贝蒂数的有限维紧度量空间,在1933年对有限维复形给出简单而漂亮的证明,最后她推广到所谓广义流形及局部连通空间.

以不动点定理为中心,莱夫谢茨把代数拓扑学推进到一个新阶段.对于交截、乘积与上同调,对于对偶定理、相对同调与奇异同调以及局部连通集都做出系统的发展.

原始的莱夫谢茨不动点定理不能包括布劳威尔不动点定理.为了把不动点定理推广到有边界流形(相对流形),她引入了相对同调群,并把庞加莱对偶定理推广到相对情形,得出莱夫谢茨对偶1374 定理.这不仅就是一种推广,而且把以前两个互不相关的庞加莱对偶定理与亚力山大对偶定理统一在一起.

不动点定理在数学中占有重要地位,它在无穷维空间被推广成为分析的重要工具,M.F 阿蒂亚(Atiyah)及R.鲍特(Bott)把莱夫谢茨不动点定理推广到椭圆复形.江泽涵与姜伯驹等对不动点理论亦有重大发展.

代数拓扑的莱夫谢茨不动点定理(与尼尔森不动点定理)值得注意,它在某种意义上给出了一种计算不动点的方法。存在对博拉奇空间的概括与一般化,适用于偏微分方程理论

一、不动点算法

又称固定点算法。所谓不动点,就是指将一个给定的区域A,经某种变换ƒ(x),映射到A 时,使得x=ƒ(x)成立的那种点。最早出现的不动点理论就是布劳威尔定理(1912):设A为R n中的一紧致凸集, ƒ为将A映射到A的一连续函数,则在A中至少存在一点x,使得x=ƒ(x)。其后,角谷静夫于1941年将此定理推广到点到集映射上去。设对每一x∈A,ƒ(x)为A的一子集。若ƒ(x)具有性质:对A上的任一收敛序列x i→x0,若y i∈ƒ(x i)且y i→y0,则有y0∈ƒ(x0),如此的ƒ(x)称为在A上半连续,角谷静夫定理:设A为R n中的一紧致凸集,对于任何x∈A,若ƒ(x)为A的一

非空凸集,且ƒ(x)在A上为上半连续,则必存在x∈A,使x∈ƒ(x)。J、P、绍德尔与J、勒雷

又将布劳威尔定理推广到巴拿赫空间。

不动点定理在代数方程、微分方程、积分方程、数理经济学等学科中皆有广泛的应用。